Seuraa minua - Raspberry Pi Smart Drone -opas: 9 vaihetta

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:00

Oletko aina miettinyt, kuinka tehdä drone A-Z: stä?

Tämä opetusohjelma näyttää, kuinka voit tehdä 450 mm: n nelikopterin vaihe vaiheelta osien ostamisesta antrobotin testaamiseen ensimmäisellä lennolla.

Lisäksi Raspberry Pi: n ja PiCameran avulla voit suoratoistaa live -videota laitteellasi ja ohjata droneasi ensimmäisen persoonan näkymässä! Raspberry Pi tarjoaa myös mahdollisuuden parantaa droneasi entisestään ja lisätä ominaisuuksia, kuten henkilöiden seurantaa, esteiden välttämistä ja sääasemaa. Tämä opetusohjelma näyttää, miten voit saada dronin seuraamaan sinua.

Raspberry Pi: n etuna on lähinnä se, että se pystyy käsittelemään joitain keinotekoisia visioalgoritmeja ominaisuuksia varten, jotka edellyttävät dronin olevan '' älykäs ''.

Tässä ohjeessa opit:

• Mitä työkaluja/osia sinun on ostettava
• Kuinka kiinnittää kaikki osat runkoon
• Kuinka tehdä liitännät käyttövoimajärjestelmään
• Mikro-ohjaimen määrittäminen
• Kuinka kytkeä vastaanotin lähettimeen
• Kuinka suoratoistaa dronin ottamaa videota puhelimellasi
• Kuinka säätää PID -tunnetta parempaa hallintaa varten
• Kuinka ottaa käyttöön henkilöiden seuranta

Myös dronessa on punainen LED, joka syttyy, kun drone etsii jotakuta, ja vihreä LED, kun joku havaitaan ja drone seuraa häntä. Painike on myös otettu käyttöön Pi: n sammuttamiseksi ennen kuin irrotat akun Raspberry Pi: n SD -kortille.

Tämän opetusohjelman tavoitteena on asettaa perusasiat muokattavan älykkään dronin rakentamiseen, joten jos olet täysin aloittelija, olet tullut oikeaan paikkaan!

Vaihe 1: Yleiskatsaus

Nelikopterin rakentamiseen tarvitsemme 4 moottoria ja 4 ESC: tä (elektroninen nopeudensäädin), joista jokainen on kytketty moottoriin. Virranjakokorttia käytetään akun virran jakamiseen neljään ESC: hen.

ESC vastaanottaa komennon lennonjohtajalta (tässä MultiWii -kortti) ja välittää sen moottorille.

Tässä lennonohjaimessa on gyroskooppi, kiihtyvyysmittari ja barometri. Voit myös lisätä siihen Bluetooth -moduulin ja GPS: n.

Yhteyden muodostamiseen Raspberry Pi: n ja lento -ohjaimen välillä käytämme FTDI -sovitinta. Siten voimme lähettää komentoja ohjaimelle Pi: ltämme. FTDI on erittäin hyödyllinen myös PID -kalibroinnin suorittamiseksi ja Mulltiwii -laiteohjelmiston lataamiseksi lennonohjaimeen.

Lopuksi ohjaamme dronea kauko -ohjaimella, joka lähettää komentoja vastaanottimille ja lähettää ne lennonjohtajalle.

Raspberry Pi tarjoaa myös streamin, jota voidaan katsella millä tahansa selaimella esimerkiksi puhelimelta. Näin voimme katsella, mitä Pi -kamera näkee ilmassa.

Vaihe 2: Osien kokoaminen

Seuraavat osat tarvitaan tämän opetusohjelman suorittamiseksi:

1) Runko: 4-akselinen 450 F -runko

2) Lähetin ja vastaanotin: Flysky FS-i6X

3) Raspberry Pi: Raspberry Pi 3 Model B -emolevy

4) Kamera: PiCamera

5) Mikro -ohjain: Crius MultiWii SEV2.6

6) FTDI: FTDI USB - TTL /FT232 -muunnin

7) Pienet johdot: Elegoo 120kpl Monivärinen Dupont -lanka

8) Moottorit (x4): Liobaba 1100KV 2-4S harjaton moottori

9) ESC: t (x4): Harjaton ESC 30A Brushless ESC firmware w / 5V 3A UBEC

10) Akku: HRB 11.1V 5000mAh 3S 50C-100C LiPo -akku

11) Liittimet: Kullatut liittimet 3,5 mm (x4) ja Artrinck XT-60 60A/100A, uros, naaras

12) Potkurit (x3): FidgetGear 10x4,5 potkuri (sininen)

13) Lennonohjaimen kiinnitystyyny: Lennonohjaimen kiinnitystyyny

14) Jotkut lämpökutistuvat tupet: Kutistuva putki - SODIAL

15) Johdot: 16GA -johto

16) Juotosrauta: Holife -juotosraudasarja, 60W 110V säädettävä lämpötilaohjattu hitsaustyökalu

Valinnainen

• Äänimerkki: Venomin pienjännitemonitori 2S - 8S LiPO -akuille
• Tuki/teline Pi: lle ja lennonohjaimelle: Raspberry Pi -laatikkokotelo
• Paranna juotoskokemustasi seuraavilla tavoilla: Elenco-apukädet ja 60-40 tinajohtohartsia

Kaikkien näiden osien KOKONAISKUSTANNUKSEN tulisi olla 450,71 CAN $.

Vaihe 3: Juotos- ja kiinnitysosat runkoon

Kaksi osaa vaatii juottamista:

1. ESC: t (niiden mukana ei tule liittimiä raajoissa)
2. Virranjakelukortti (tässä tapauksessa integroitu runkoon)

Käytä naaraspuolisia tx -liittimiä jakelukorttiin lisäämissäsi johtimissa, urospuolisia tx -liittimiä ESC -laitteiden jakolevyn sivujohdoissa ja kultaisia 3,5 mm: n liittimiä ESC -moottoripuolen johdoissa. Älä unohda lisätä lämpöä kutistavaa vaippaa eristämään (emme halua nähdä paljaita lankoja).

Vinkkejä juottamiseen:

• Käytä keskikokoista tasorautaista kärkeä (toimitettu juotosarjassa) ja lämmitä juotosrauta 400 asteeseen.
• Puhdista usein juotoslangan kärki vesisienellä.
• Sulata juotosta ensin kahdella liitettävällä pinnalla, liimaa ne sitten yhteen ja lisää juotosta.

Jos haluat lisätietoja kaiken juottamisesta, älä epäröi vilkaista verkkosivustoamme.

Kiinnitä osat runkoon:

1. Kiinnitä moottorit kahdella ruuvilla kummankin varren ääripäihin.
2. Kiinnitä elektroniikan tuki runkoon muttereilla ja ruuveilla.
3. Kiinnitä Pi tukeen muttereilla ja ruuveilla.
4. Kiinnitä kiinnitystyyny (tärinän vaimentamiseksi) tuen päälle ja kiinnitä Multiwii siihen varmistaen, että se on täsmälleen kehyksen keskellä ja nuoli osoittaa kahden samanvärisen varren väliin.
5. Kiinnitä vastaanotin tarranauhalla tukeen.
6. Laita ESC: t kumpaankin käsivarteen solmimisnauhalla.
7. Kiinnitä akku kehyksen alareunaan hihnoilla.
8. Poraa potkurit ja aseta ne moottoriin moottorin mukana toimitetun erikoispultin avulla

Vaihe 4: Yhteydet

Vastaanotin:

• Kytke MultiWii: n kaasunastat vastaanottimen kanavaan 3.
• Liitä rullinapit vastaanottimen kanavaan 1.
• Liitä Pitch -nastat kanavaan 2.
• Liitä kääntötapit kanavaan 4.
• Liitä lisälaite 1 kanavaan 5.

TSK: t:

Multiwii suunnattuna eteenpäin ja ESC: n komentoliittimen musta johto Multiwii -laitteen alaosassa;

• Liitä vasen ylempi ESC liittimeen D3.
• Liitä oikea ylä-ESC liittimeen D10.
• Liitä oikeanpuoleinen ESC liittimeen D9.
• Liitä vasen alaosa ESC D11: een.

Pi: lle:

• Yhdistä PiCamera.
• Liitä FTDI mini-USB/USB-sovittimeen ja liitä se Pi-laitteeseen, liitä myös FTDI-nastat tai MultiWii-laitteen FTDI-nastat.
• Liitä MultiWii - ja + -nasta Pi: n 5 V: n ja maadoitettuihin GPIO -nastoihin.

Moottorien osalta

Oletusarvoisesti moottorit pyörivät vastapäivään (CCW). Joten vasemmassa yläkulmassa ja oikeassa alakulmassa olevien moottoreiden johdot on käännettävä ESC: llä (musta punaisella ja punainen mustalla), joten sinulla on myötäpäivään suunta (CW).

Vaihe 5: Määritä kaikki

Irrota potkurit seuraavissa vaiheissa.

Talous- ja sosiaalineuvostojen ohjelmointi:

Elektroninen nopeudensäädin ohjaa moottoria, ja siksi monia vaihtoehtoja on saatavana, ja voit itse muokata ESC: täsi niin, että se toimii haluamallasi tavalla.

Irrota kaikki vastaanottimeen liitetyt johdot.

Kullekin ESC: lle:

1. Liitä vain yksi ESC virtalähteeseen (meidän tapauksessamme jakelukorttiin) ja varmista, että akku on irrotettu.
2. Aseta ESC -nastat vastaanottimen kaasukanavaan (meidän tapauksessamme kanava 3).
3. Käynnistä lähetin.
4. Aseta kaasu lähettimen maksimiasentoon.
5. Käynnistä jakelukortti kytkemällä akku siihen. Voit myös käyttää joitakin alligaattoripidikkeitä ja liittää akun suoraan ESC: hen.
6. Muutaman piippauksen jälkeen sinun pitäisi kuulla musiikkiääni ja 4 piippausta. Tämän ensimmäisen musiikin jälkeen aseta kaasuvipu lähettimen minimiasentoon.
7. Odota vahvistusta UBEC: ltä äänimerkillä.
8. Sulje lähetin.
9. Irrota virta (irrota Li-Po-akku)

Testaa se:

1. Käynnistä lähetin minimikaasulla.
2. Liitä akku.
3. Lisää kaasua vähitellen maksimitehoon. Moottorin pitäisi pyöriä nopeammin, kun lisäät kaasua.

Lennonohjauskortin asennus:

Tässä vaiheessa voit irrottaa Pi: n FTDI: n USB -kaapelin ja laittaa sen tietokoneeseen, jolloin on helpompi ohjelmoida levy.

1. Lataa Arduino -ohjelmisto tietokoneellesi verkkosivuston kautta.
2. Lataa multiwii -laiteohjelmiston uusin versio ja pura se tietokoneellesi.
3. Siirry kansioon MultiWii, joka oli aiemmin purettu, ja avaa sitten MultiWii.ino, joka sulkee Arduinon.
4. Siirry Arduinon config.h -tiedostoon, poista // #define QUADX: n edestä määrittääksesi monikopterisi kokoonpanotyypin ja valitse #define CRIUS_SE_v2_0 ennen levyn tyyppiä.
5. Valitse sitten Työkalut -> Hallitus -> ja valitse Arduino Pro tai Pro Mini ja varmista kohdassa Työkalut -> Suoritin ->, että ATMmega328P (5V, 16MHz) on valittu.
6. Viimeinen kokoonpano, joka meidän on tehtävä ennen levylle lataamista, on mennä Työkalut -> Portti -> valita MultiWii -porttisi (COM3 meille).
7. Napsauta vahvista ja sitten lataa.
8. Kun koodi latautuu Crius MultiWii SE v2.6 -laitteeseen, valot vilkkuvat sekä ohjainkortilla että FTDI -kortilla.

Kalibroi lennonohjauskortin anturit:

1. Siirry MultiWiiConf -kansioon MultiWii -kansiossa, joka on ladattu aiemmin heidän verkkosivustoltaan.
2. Siirry sitten -> application.windows32 -kansioon -> kaksoisnapsauta MultiWiiConf -sovellusta. (Huomaa, että vaikka minulla olisi Windows 64 -bittinen, vain 32 -bittinen sovellus näyttää toimivan).
3. Sinun on valittava portti, johon lento -ohjaimesi on kytketty (tässä tapauksessa COM3).
4. Napsauta Lue.
5. Napsauta Käynnistä.
6. Aseta lauta pöydälle ja napsauta sitten Calib_acc.
7. Napsauta Calib_mag ja sitten sinun on pyöritettävä taulua kaikkiin suuntiin 30 sekunnin aikana mahdollisimman nopeasti. Sinun pitäisi nähdä piikkejä koko kaaviossa.

Testaa se:

Pyöritä lautaa kentällä, rullaus- ja kääntöakselilla ja katso, onko anturin näyttämä ohjelmisto järkevä

Lähettimen käyttöönotto (kaukosäädin):

Ensin voit tarkistaa, mikä tikku ohjaa mitä kanavaa Display -valikossa:

1. Ennen kuin aloitat ohjaimen, varmista, että kaikki kytkimet ovat ylhäällä ja että kaasukahva (vasen sauva) on alhaalla.
2. Käynnistä ohjain.
3. Pidä Ok -painiketta painettuna.
4. Siirry kohtaan Asetukset ja sitten Näyttö.
5. Voit liikuttaa tikkuja nähdäksesi, mikä kanava reagoi.

Ennen kuin jatkat, valitse malli ja nimi:

1. Siirry kohtaan Järjestelmä-> Mallin valinta -> valitse malli.
2. Siirry kohtaan Järjestelmä -> Mallin nimi. Ja anna sille nimi. Tallenna muutokset painamalla peruutuspainiketta.
3. Siirry kohtaan System-> Type select ja aseta se lentokoneeksi tai purjelentokoneeksi, vaikka se olisi nelimoottori.
4. Aseta leikkaus Subtrim -valikossa. Kun tikut ovat neutraalissa asennossa, kanavien (katso Näyttövalikko) on oltava 0% kääntymiselle, nousulle ja heitolle.
5. Tallenna asetukset pitämällä peruutuspainiketta painettuna.

Määritä seuraavaksi Failsafe -asetukset:

Näin varmistetaan, että kun drone menee kauas ohjaimesta ja kadottaa signaalin, kaikki ohjaimet siirtyvät neutraaliin asentoon. Tätä varten meidän on asetettava kanava 1, 2 ja 4 0%: iin ja aktivoitava vikaturvallisuus niissä Failsafe -valikon kautta. Meidän on myös aktivoitava vikasuoja kaasulla ja asetettava se 100%: iin.

Voit myös käyttää ohjaimen muita kytkimiä aktivoimalla ne kohdassa System-> Aux. kytkimet.

Saat lisätietoja tästä osiosta verkkosivustollamme.

Vaihe 6: suoratoisto

Raspberry Pi on tietokone ja lentävällä tietokoneella tekemäsi raja rajoittaa vain mielikuvitustasi.

Suoratoisto:

1. Ota PiCamera käyttöön. Käynnistä Pi ja liitä siihen hiiri ja näyttö. Napsauta vasemmassa yläkulmassa olevaa rasbian -logoa, siirry asetuksiin, sitten Raspberry Pi Configuration ja sitten rajapinnat -välilehdessä make sur Camera on valittu. Napsauta sitten ok.
2. Lataa käsikirjoitus (koodin lähde: satunnaiset nörttioppaat) ja laita se kotikansioosi.
3. Suorita komentosarja kirjoittamalla päätelaitteeseen '' python3 rpi_camera_surveillance_system.py ''.

Kun komentosarja on käynnissä, voit käyttää videovirran verkkopalvelinta osoitteessa: https://: 8000. Korvaa oma Raspberry Pi IP -osoitteesi, minun tapauksessani

Jos et tiedä Pi -IP -osoitettasi, voit tietää sen kirjoittamalla ifconfig -osoitteen päätelaitteeseen.

Voit käyttää suoratoistoa millä tahansa laitteella, joka on liitetty samaan verkkoon kuin Raspberry Pi. Sinun tarvitsee vain avata selain.

Voit myös käynnistää tämän ohjelman älypuhelimestasi. Sinun tarvitsee vain asentaa Terminus -sovellus (jos sinulla on IPhone).

Voit käynnistää striimin suoraan, kun Pi: hen on kytketty virta (joten kun drone on päällä), kirjoita terminaaliin:

sudo nano /koti/pi/.bashrc

Siirry sitten viimeiselle riville ja lisää:

echo Käynnissä käynnistyksen yhteydessä

sudo python3/home/pi/rpi_camera_surveillance_system.py

sudo uudelleenkäynnistys

Tallenna tiedosto painamalla Ctrl+X, kirjoita Y ja napsauta Enter.

Onnittelut, livestriimisi on nyt asetettu! Voit käyttää sitä vakoilemaan naapureitasi tai ajamaan FPV -kisoja!

Vaihe 7: PID -virityksen taito

Olet valmis ensimmäiselle lennollesi. Ensimmäinen asia, joka sinun pitäisi tehdä, on kokeilla droneasi ilman potkuria nähdäksesi, vastaako kaikki hyvin.

Sitten voit lisätä potkureita ja aloittaa hyvin hitaasti lisätäksesi kaasua nähdäksesi, pystytkö nousemaan.

Drooni todennäköisesti värähtelee hitaasti, värisee tai moottorit viheltävät. Tämä tarkoittaa, että sinun on määritettävä PID -asetukset!

Tämä osa kestää jonkin aikaa, jos haluat erittäin vakaan dronin, joka vastaa komentoihisi. PID -asetus on subjektiivinen, joten voit itse päättää, miten haluat droneesi lentävän. Tässä on menettely:

1. Aloita pienellä I nousulla ja rullauksella (0,01) ja lisää P, kunnes näet korkeataajuisia värähtelyjä ja vähennä se takaisin viimeiseen arvoon.
2. Lisää sitten I -arvoa nousussa ja rullassa 0,01: n askelin, kunnes näet jälleen tärinää tai tunnet, että drone on jäykkä ja ei reagoi. Yleensä I -asetus voi auttaa sinua, jos koet korkeuden laskuja ja ajelehtimista. Se torjuu järjestelmän (drone) häiriöt.
3. Laske P taakse, jos huomaat suurtaajuisia värähtelyjä.
4. Pienennä D -arvoa, jos dronesi vaikuttaa liian kostealta (matala vastatakseen).

Kääntöakselin osalta voit yleensä jättää sen oletusarvoon, mutta jos sinusta tuntuu, että drone ajautuu kiertoakselille, voit lisätä I.

Vaihe 8: Seuraa minua -ominaisuus

Itsenäinen drone on mahtava, se voi lentää ja liikkua ilman huolta.

Tässä opetusohjelmassa tehty drone pystyy tekemään tämän käsittelemällä hänen antureidensa tallentamat tiedot.

Jotta voit ottaa käyttöön ominaisuuden, kuten henkilöiden seurannan, sinun on:

1. Käytä dronin kameraa auttaaksesi häntä huomioimaan ympäristönsä.
2. Käytä keinotekoista visioalgoritmia ympäristön analysointiin.
3. Suunnittele droonin liikerata.
4. Komenna suuntaa droneen.

Tarkemmin sanottuna Pi -kamera voi tarjota kuvien suoratoiston Raspberry Pi: lle, joka on tietokone, jolla on riittävästi virtaa joidenkin keinotekoisten visioalgoritmien suorittamiseen.

Nämä algoritmit voivat tunnistaa henkilön kuvassa ja analysoida tämän henkilön asemaa. Haar -kaskadialgoritmi tai syvät hermoverkot voivat olla hyödyllisiä algoritmeja siihen.

Siksi, tietäen seurattavan henkilön asennon, voit suunnitella, miten moottorit liikkuvat ja mihin suuntaan ottaa, riippuen siitä, minkä paikan kehyksessä oleva tela seuraa. Jos esimerkiksi seurattava henkilö on Pi -kameran ottaman kehyksen oikealla puolella, algoritmi komentaa droneen kääntymään oikealle.

Lopuksi, kun suunta, jota dronin tulee seurata, on valittu, Raspberry Pi: n on lähetettävä Multiwii -komento, jotta drone voi mennä siihen suuntaan. Tätä varten MSP (Multiwii Serial Protocol) on hyödyllinen tiedonsiirto tietokoneesi (Pi) ja lento -ohjaimesi välillä.

Tässä on liitteenä tapa koodata se.

Verkkosivustollamme on esitetty tehokkaampi menetelmä tensorflow- ja syvähermoverkkojen käyttämiseksi ihmisten havaitsemiseen.

Voit myös kuvitella monia muita tapoja parantaa itsenäistä drooniasi, kuten saada hänet ottamaan valokuva joka kerta, kun hän näkee puun tai eläimen. Esineiden välttäminen on myös mahdollista toteuttaa, kun olet asettanut dronin pysäyttämään kilpailunsa, jos hän on lähempänä kuin määritetty etäisyys kohteesta.

Voit myös oppia verkkosivustolla, kuinka kytkeä LED Pi: hen ja kytkeä se päälle, kun drone havaitsee jonkun seurattavan!

Vaihe 9: Hyvää lentämistä

Käynnistä drone ja nauti lennosta.

Jos haluat mennä pidemmälle ja ottaa käyttöön henkilöiden seurannan dronellasi, voit tutustua verkkosivustomme opetusohjelmaan.

Kiitos tämän opetusohjelman valmistelusta!